CN102134344B - 一种双亲性高分子聚合物聚结除油材料及制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双亲性高分子聚合物聚结除油材料及制备和应用；本材料按质量比，聚乙烯∶聚氯乙烯∶聚丙烯∶二氧化硅为(20-60)∶(30-50)∶(20-60)∶(20-40)，在45-70℃条件下均匀混合20-60分钟；在150-210℃干燥条件下注入波浪形模具，固化冷却；在20-50℃条件下将材料上表面浸入强氧化性溶液2-10分钟；污水在材料亲水性上表面发生强烈摩擦和碰撞，打破乳化油的油包水和水包油结构，释放出细小油滴；在材料亲油性下表面发生润湿作用，细小油滴不断聚结成大油滴，再通过自身或外加浮力作用从通油孔上浮至液面，从而实现乳化油的破解和分离。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有强亲油性、强亲水性的高分子聚合物聚结除油材料及制备和应用。
背景技术
在油田采油、石油炼化、皮革、造纸、纺织、食品、餐饮等行业中会有大量的含油污水需要处理后排放，除油是其中一个极为关键的处理环节。尤其是污水中所含的乳化油危害巨大，如何高效环保的去除乳化油是含油污水处理研究的重要课题。
乳化油的油珠粒径小于10μm，一般为0.1～2μm。往往因水中含有表面活性剂使油珠形成稳定的乳化液，具有油包水(O/W)和水包油(W/O)两种结构。乳化油的稳定性取决于废水的性质及油滴在水中的分散度，分散度愈大愈稳定。由于表面活性剂降低了体系表面自由能，使体系界面总能量保持在较低的水平，同时还由于双电层和同性电荷的存在使含油乳化废水较难分离。要达到分离的目的，必须压缩胶体双电层厚度，为油水分离创造条件。传统的去除乳化油方法是在污水中添加大量的化学破乳药剂，其缺点为：1，添加的破乳剂属于化学药剂，在破乳的同时会产生二次污染，运行成本高；2，尤其是油田采油废水中的乳化油十分稳定，破乳效果有限；3，在油田采油废水中，由于破乳剂的化学反应破坏了含油的本质，造成大量的原油浪费。
近年来，聚结除油技术在油水分离方面应用越来越广泛，其原理是利用油水两相对聚结材料亲和力的不同来进行分离。通过组件材料的聚结特性，吸附在材料表面的小油滴不断的聚结成大油滴，通过重力及浮力作用从而与分散相分离。纯物理的聚结除油技术具有效果好、运行成本低以及环境友好等特点。实现聚结除油技术的关键是聚结材料组件为亲油型且有较大的比表面积，目前的聚结除油主要是润湿聚结为主，无法有效打破乳化油中的水包油和油包水结构，造成乳化油去除效果不明显；少部分具有双亲性的材料又由于本身材质问题以及在水处理应用中的工艺设计问题而使效果不理想。如何研发出高效的聚结材料是除油效果(尤其是乳化油)的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种强双亲性的高分子聚合物聚结除油材料及制备和应用。
本发明所述的高分子聚合物聚结除油材料由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、二氧化硅制备而成，在耐高温、硬度、力学强度和化学稳定性等方面大大强于一般的聚结材料。本发明材料具有极强的亲油特性；材料的形状为波浪形，对材料的上表面进行亲水化改性处理从而提高亲水性；
说明：亲油性材料本身在聚结除油过程中主要发生润湿作用，同时也会发生少数的碰撞作用，亲水性材料本身主要发生碰撞作用，同时也会发生少数的润湿作用。所以本发明材料的上表面经过改性后表现为强亲水性，发生主碰撞、辅润湿作用；下表面为强亲油性，发生主润湿、辅碰撞作用。
本发明材料的制备方法及步骤为：
(1)按质量比将聚乙烯∶聚氯乙烯∶聚丙烯∶二氧化硅＝(20-60)∶(30-50)∶(20-60)∶(20-40)，在45-70℃条件下均匀混合20-60分钟；
(2)在150-210℃干燥条件下注入波浪形模具，然后进行固化冷却；
(3)在20-50℃条件下将材料上表面浸入强氧化性溶液2-10分钟，材料上表面发生强氧化反应，生产羟基、羧基亲水性极性基团，完成亲水化改性处理。
所述的强氧化性溶液为各种浓度的盐酸、硝酸、硫酸、次氯酸、过氧化氢溶液、二氯化钠溶液或高锰酸钾溶液。
本发明材料在制备成型后，形状为波浪形，波浪形包括正弦波、余弦波、圆形波及其它弧状波浪形。
(1)波浪形材料的两个邻近的波峰间距为30mm-150mm，两个邻近的波谷间距为30mm-150mm；
(2)波浪形材料的上下表面含有均匀分布的通油孔，孔径为10mm-25mm，孔间距为60mm-100mm；
(3)波浪形材料的上下表面都布满细小凸起颗粒，凸起颗粒为均匀分布，颗粒粒径为1mm-5mm，颗粒凸起高度为0.2mm-3mm，颗粒间距为3mm-6mm。
本发明的材料在含油污水处理过程中的破乳除油过程为：将多组件的材料叠加固定在一起，含油污水从材料间流过时，在材料的上表面(亲水性以及大量凸起颗粒)不断发生强烈的摩擦和碰撞作用，迅速降低乳化油的表面张力，打破乳化油的油包水和水包油结构，释放出细小油滴；同时在材料下表面(亲油性)发生润湿作用，细小油滴不断聚结成大油滴，再通过自身或外加浮力作用从通油孔上浮至液面，从而实现乳化油的破解与分离。
与现有技术相比，本发明材料在含油污水处理中的优势为：
(1)由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、二氧化硅制备而成的聚合物材料具有极强的亲油性，提高了细小油滴的聚结效率；同时聚合物材料在耐高温、硬度、力学强度和化学稳定性等方面比单一材料有了显著提高；
(2)通过将材料上表面与强氧化性溶液进行反应，使得上表面发生强烈的氧化反应，直接生成羟基、羧基等亲水性极强的极性基团，从而使得材料同时具有强亲油性和强亲水性，提高了聚结除油效率。
(3)通过本材料的聚结作用，不用添加任何化学药剂就可以有效的破乳除油，降低了污水处理成本，同时也避免了添加化学药剂而带来的二次污染。
附图说明
图1本材料的剖面示意图
图2本材料的俯视结构示意图
图3本材料表面凸起颗粒结构示意图
图4凸起颗粒结构示意图
其中：1、通油孔 2、组件固体孔柱 3、下表面 4、上表面 5、凸起颗粒
具体实施方式
实施例1：
(1)材料质量配比：
聚乙烯：40％
聚氯乙烯：20％
聚丙烯：20％
二氧化硅：20％
(2)在60℃条件下均匀混合30分钟；
(3)在180℃干燥条件下注入波浪形模具，然后进行固化冷却；
(4)将材料上表面浸入36％的盐酸溶液，2分钟后取出完成亲水化改性处理；
本发明材料在制备成型后，形状为波浪形(见图1)，上下表面含有均匀分布的通油孔1和组件固体孔柱2(见图2)，通油孔1孔径为10mm，孔间距为60mm；上下表面布满细小凸起颗粒5(见图3、4)，凸起颗粒为均匀分布，颗粒粒径为1mm，颗粒凸起高度为0.2mm，颗粒间距为3mm。
在含油污水处理过程中的破乳除油过程为：将多组件的材料叠加固定在一起，含油污水从材料间流过时，在材料的上表面4(亲水性以及大量凸起颗粒5)不断发生强烈的摩擦和碰撞作用，迅速降低乳化油的表面张力，打破乳化油的油包水和水包油结构，释放出细小油滴；同时在材料下表面3(亲油性)发生润湿作用，细小油滴不断聚结成大油滴，再通过自身或外加浮力作用从通油孔上浮至液面，从而实现乳化油的破解与分离。
实施例2：
(1)材料质量配比：
聚乙烯：10％
聚氯乙烯：50％
聚丙烯：20％
二氧化硅：20％
(2)在60℃条件下均匀混合45分钟；
(3)在200℃干燥条件下注入波浪形模具，然后进行固化冷却；
(4)将材料上表面浸入36％的盐酸溶液，2分钟后取出完成亲水化改性处理；
本发明材料在制备成型后，形状为波浪形，上下表面含有均匀分布的通油孔，孔径为25mm，孔间距为100mm；上下表面布满细小凸起颗粒，凸起颗粒为均匀分布，颗粒粒径为5mm，颗粒凸起高度为3mm，颗粒间距为6mm。将多组件的材料叠加固定在一起。
含油污水处理过程中同实施例1。
实施例3：
(1)材料质量配比：
聚乙烯：10％
聚氯乙烯：20％
聚丙烯：50％
二氧化硅：20％
(2)在60℃条件下均匀混合45分钟；
(3)在200℃干燥条件下注入波浪形模具，然后进行固化冷却；
(4)将材料上表面浸入36％的盐酸溶液，2分钟后取出完成亲水化改性处理；
本发明材料在制备成型后，形状为波浪形，上下表面含有均匀分布的通油孔，孔径为20mm，孔间距为80mm；上下表面布满细小凸起颗粒，凸起颗粒为均匀分布，颗粒粒径为3mm，颗粒凸起高度为2mm，颗粒间距为5mm。将多组件的材料叠加固定在一起。含油污水处理过程中同实施例1。
Claims (4)
1.一种双亲性高分子聚合物聚结除油材料的制备方法，其特征在于：所述除油材料为波浪形，上下表面含有均匀分布的通油孔且上下表面布满细小凸起颗粒，凸起颗粒为均匀分布，由以下步骤制备：
(1)将聚乙烯∶聚氯乙烯∶聚丙烯∶二氧化硅按质量份(20-60)∶(30-50)∶(20-60)∶(20-40)在45-70℃条件下均匀混合20-60分钟；
(2)在150-210℃干燥条件下注入波浪形模具，然后进行固化冷却；
(3)在20-50℃条件下将材料上表面浸入强氧化性溶液2-10分钟，材料上表面发生强氧化反应，生产羟基、羧基亲水性极性基团，完成亲水化改性处理。
2.根据权利要求1所述的双亲性高分子聚合物聚结除油材料的制备方法，其特征在于：强氧化性溶液为各种浓度的盐酸、硝酸、硫酸、次氯酸、过氧化氢溶液、高锰酸钾溶液。
3.一种权利要求1所述的双亲性高分子聚合物聚结除油材料的制备方法制备的除油材料，其特征在于：
(1)材料形状为波浪形，波浪形材料的两个邻近的波峰间距为30mm-150mm，两个邻近的波谷间距为30mm-150mm；
(2)波浪形材料的上下表面含有均匀分布的通油孔，孔径为10mm-25mm，孔间距为60mm-100mm；
(3)波浪形材料的上下表面布满细小凸起颗粒，凸起颗粒为均匀分布，颗粒粒径为1mm-5mm，颗粒凸起高度为0.2mm-3mm，颗粒间距为3mm-6mm。
4.一种权利要求3所述的双亲性高分子聚合物聚结除油材料的应用，其特征在于：用于破乳去除污水中的油包水或水包油型的乳化油、乳化液；将所述的双亲性高分子聚合物聚结除油材料多组件叠加固定在一起，污水从各层材料间缝隙流过，在材料的亲水性上表面和大量凸起颗粒不断发生强烈的摩擦和碰撞，迅速降低乳化油的表面张力，打破乳化油的油包水和水包油结构，释放出细小油滴；在材料亲油性下表面发生润湿作用，细小油滴不断聚结成大油滴，再通过自身或外加浮力从通油孔上浮至液面，使乳化油破解和分离。
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| CN102134344A (zh) | 2011-07-27 |
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